Adresowanie modułów cyfrowych wejść i wyjść w obszarze pamięci sterowników PLC

W artykule opiszemy najważniejsze aspekty dotyczące alokacji (zarezerwowanego miejsca w pamięci sterownika) w przestrzeni adresowej cyfrowych modułów wejść i wyjść z rodziny sterowników: modułowych CJ1/CJ2, CS1 i CPM2C oraz kompaktowych CP1L/H, CPM1A i CPM2A.

Sposób określania w przestrzeni adresowej cyfrowych wejść i wyjść

Określanie adresów w przestrzeni adresowej pamięci dla cyfrowych wejść i wyjść zależy od budowy wewnętrznej sterownika PLC, tj. kompaktowej, modułowej i rozproszonej.

Sterownik kompaktowy, którego budowę i widok przedstawiono na rysunku 1., cechuje sztywna architektura, tzn. że w tego typu sterownikach użytkownik nie ma możliwości zmiany ich konfiguracji wewnętrznej, przy znacznych ograniczeniach dotyczących rozbudowy zewnętrznej.

Sterowniki te posiadają wbudowany zasilacz oraz pewną, zależną od jednostki CPU, liczbę wbudowanych wejść i wyjść cyfrowych lub analogowych (CP1L, CP1H-XA), które mogą być wyposażone we wskaźniki, np. siedmiosegmentowe (CP1H-XA).

Rozbudowa tych sterowników PLC o dodatkowe moduły jest zwykle ograniczona do kilku modułów bez możliwości tworzenia własnych systemów i odbywa się poprzez złącze modułu rozszerzenia.

Do omawianej w artykule rodziny sterowników kompaktowych należą CPM1 A, CPM2A, CP1L i CP1H.

Sterownik modułowy, którego budowę przedstawiono na rysunku 2., wyróżnia elastyczna architektura, a więc istnieje możliwość dużej ingerencji w skład oraz rozmieszczenia elementów składowych. Za pomocą niektórych sterowników modułowych można tworzyć rozbudowane systemy oraz w przypadku sterownika CS ID z dwoma jednostkami CPU (duplex) można zbudować np. układ redundancji, zwiększający niezawodność pracy całego systemu. Oprócz modułu zasilacza i jednostki centralnej CPU do dyspozycji jest kilkadziesiąt modułów, z których każdy spełnia określone funkcje, takie jak np. pomiar temperatury, wejścia/wyjścia analogowe lub cyfrowe, moduły komunikacyjne (sieciowe np. ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, ControlerLink) itp. Najczęściej sterowniki modułowe montuje się na płytach montażowych rozszerzeń (Racks) lub na szynie montażowej DIN (TH35).

Wymienione sposoby pozwalają dowolnie usytuować wybrane moduły, dzięki czemu istnieje możliwość łatwej konfiguracji, w zależności od potrzeb i przeznaczenia, co zdecydowanie ogranicza zarówno ilość potrzebnego miejsca, jak i nakład środków pieniężnych. Ponadto ułatwia późniejszą rozbudowę. Na rysunku 2a przedstawiono budowę sterownika modułowego z jego przykładową konfiguracją, natomiast na rysunku 2b widoczny jest sterownik PLC typu CJ1M wraz z przykładowymi pięcioma modułami i pokrywą końcową stanowiącą zakończenie. Do omawianej w artykule rodziny sterowników modułowych należą CJ1M, CJ1G, CJ1H, CJ2H, CS1G, CS1H i CS1D. Sterowniki kompaktowe nie posiadają zdolności do tworzenia grup rozszerzeń. Jeśli w danej grupie pracujących sterowników PLC istnieje potrzeba rozbudowy i stworzenia np. systemu lub rozbudowy o kolejną grupę rozszerzeń, to jest to tylko możliwe z wykorzystaniem sterowników modułowych.

Sterowniki rozproszone stanowią trzecią grupę, którą cechuje elastyczna architektura pozwalająca na umieszczenie poszczególnych modułów w dowolnej dopuszczalnej odległości od jednostki CPU. Dla tego typu sterowników moduły rozproszone są dostępne tylko dla rodziny CJ i CS1. W językach programowania sterowników PLC firmy Omron symbolów IR oraz CIO występujących przed określaniem adresu w pamięci nie podaje się, co dla kompaktowego sterownika CP1L i fragmentu programu w języku drabinkowym zostało przedstawione na rysunkach 3a i 3b dla modułowego sterownika CJ1M współpracującego wraz z dwoma dodatkowymi modułami cyfrowymi dołączonymi w kolejności CJ1W-ID211 (16 wejść cyfrowych obsługiwanych przez całe słowo pamięci CIO0) i CJ1W-OD212 (16 wyjść cyfrowych obsługiwanych przez całe słowo pamięci CIOl).

Strowniki kompaktowe PLC typu CPM1A posiadają 2×10 słów (20 rejestrów 16-bitowych) w obszarze pamięci IR, przeznaczonych na obszar wejść i wyjść wbudowanych oraz modułów rozszerzeń (maksymalnie 3). Obszar dla wejść położony jest od IRO do IR9 czyli 160 bitów (b) od IR0.00 do IR9.15, natomiast obszar wyjść od IR10 do IR19, czyli również 160b (od IR10.00 do IR19.15).

Sterowniki kompaktowe typu CPM2A i modułowe CPM2C posiadają podobnie jak CPM1A ten sam obszar 2×10 słów przeznaczony na obsługę wejść i wyjść wbudowanych i modułów rozszerzeń (maksymalnie 3). Obszar dla wejść położony jest od IRO do IR9 (czyli 160b od IR0.00 do IR9.15), natomiast obszar wyjść od IR10 do IR19 również 160b (od IR10.00 do IR19.15). Sterowniki kompaktowe typu CP1H posiadają 2×100 słów przeznaczone na obszar wejść i wyjść, tzw. wbudowanych i modułów rozszerzeń (maksymalnie 7). Obszar dla wejść położony jest od CIO 0 do CIO 99, czyli 1600b od CIO0.00 do CI099.15), natomiast obszar wyjść od CIO 100 do CIO 199 (1600b od CIO100.00 do CI0199.15). Przykład przydzielania bitów pamięci CIO na wejścia i wyjścia dla jednostek CPU i modułów rozszerzeń zostanie przedstawiony w dalszej części artykułu. Sterowniki kompaktowe typu CP1L, podobnie jak CP1H, posiadają również 2×100 słów przeznaczone na obszar wejść i wyjść wbudowanych i modułów rozszerzeń (maksymalnie 3). Obszar dla wejść położony jest od CIO 0 do CIO 99 (czyli 1600b od CIO0.00 do CI099.15), natomiast obszar wyjść od CIO100 do CI0199 (1600b od CIO1000.00 do CI0199.15). Adresy przydzielonego obszaru pamięci CIO dla wejść i wyjść dla jednostek CPU i modułów rozszerzeń sterownika CP1L jest podobny jak dla ww. CP1H.

Dla sterowników modułowych przydzielony obszar na obsługę wejść i wyjść jest wspólny.

Sterowniki modułowe PLC typu CJ1 posiadają 160 słów przeznaczonych na obszar wejść i wyjść dla modułów rozszerzeń (od 10 do 40 – tabela 1. na www.elektro.info.pl). Obszar ten położony jest od CIO 0 do CIO 159 czyli 2560b) i przeznaczony jest do wspólnego zagospodarowania zarówno dla modułów wejściowych, jak i wyjściowych. O tym, jaki adres posiada dany moduł, decyduje kolejność jego przyłączenia od jednostki CPU. Jednostki CJ1-CPU21/22/23 posiadają wbudowane wejścia i wyjścia cyfrowe leżące poza wymienionym obszarem i są to dwa słowa o adresach: CIO2960 – wejścia i CI02961 – wyjścia.

Sterowniki modułowe PLC typu CJ2H posiadają (podobnie jak sterowniki CJ1) 160 słów przeznaczonych na obszar wejść i wyjść dla modułów rozszerzeń (maksymalnie 40). Jednostki CPU sterowników CJ2H nie posiadają wejść i wyjść wbudowanych. Obszar ten położony jest od CIO 0 do CIO 159 czyli 2560b) i przeznaczony do wspólnego wykorzystania zarówno dla modułów wejściowych, jak i wyjściowych. O tym, jaki adres posiada dany moduł, decyduje kolejność jego przyłączenia, licząc od jednostki CPU.

Sterowniki modułowe PLC typu CS1 posiadają 320 słowa przeznaczone na obszar wejść i wyjść modułów rozszerzeń (od 26 do 80 – tabela 1.). Jednostki CPU sterowników CS1 nie posiadają wejść i wyjść wbudowanych. Obszar dla wejść położony jest od CIO 0 do CIO 319 czyli 5200b). Podobnie jak dla sterowników CJ, obszar tej pamięci nie posiada wydzielonej przestrzeni na wejścia lub wyjścia, decyduje jedynie kolejność przyłączenia modułu, licząc od jednostki centralnej. Na stronie www.elektro.info.pl znajdą Państwo tabelę 1., w której podano zestawienie maksymalnej liczby modułów oraz punktów wejść/wyjść przeznaczonych dla wejść i wyjść wbudowanych, oraz modułów dla poszczególnych sterowników PLC. W tabeli 2. podano zestawienie obszarów pamięci przeznaczonych na wejścia i wyjścia wbudowane i moduły rozszerzeń.

Określanie adresu wejść i wyjść w obszarze pamięci dla kompaktowych sterowników PLC

Na rysunku 4. przedstawiono sposób określania adresu wejść i wyjść w obszarze pamięci CIO dla jednostek CPU i modułów rozszerzeń, przykładowo dla sterowników PLC typu CP1H-X..., CP1H-XA... (z wbudowanymi przetwornikami analogowo-cyfrowymi i cyfrowo-analogowymi – w oznaczeniu symbol A) i CPIH-Y....

Na podobnej zasadzie odbywa się przydzielanie obszarów pamięci na bity wejścia (do 12 bitów każdego słowa) i wyjścia (do 8 bitów każdego słowa) dla pozostałych sterowników kompaktowych z rodziny CP. Na rysunku 5. przedstawiono przykładową konfigurację sterownika kompaktowego, tj. jednostki CPU, oraz trzech modułów rozszerzeń i alokację wejść i wyjść cyfrowych dla modułów CP1W- 40EDT i CP1W-40EDT oraz analogowych CP1W-MAD11 w obszarze pamięci CIO (na przykładzie sterowników PLC typu CP1H-X..., CP1H-XA...).

Przedstawiona na rysunku 5. konfiguracja z jednostką CPU sterowników PLC typu CP1H-X..., CP1H-XA... posiada zarezerwowane po dwa rejestry z obszaru CIO, tj. CIO0 i CIOl (na obsługę sygnałów wprowadzanych na wbudowane wejścia cyfrowe) oraz CIO 100 i CIOl01 na wbudowane wyjścia cyfrowe (na obsługę sygnałów cyfrowych wyprowadzanych z jednostki CPU) oraz trzy dodatkowe moduły (rozszerzeń). Dwa moduły cyfrowych wej./wyj., tj. 40-punktowy Input/Output (I/O) i 20-punktowy, zawierają odpowiednio 24 wejścia i 16 wyjść oraz 12 wejść i 8 wyjść, oraz jeden moduł o dwóch wejściach i jednym wyjściu analogowym. Na przedstawionej konfiguracji widać, że każdemu dołączanemu modułowi, w zależności od cyfrowych lub analogowych wejść i wyjść, przydzielane są następne kolejne wolne słowa z obszaru CIO.

Podobnie wygląda alokacja wejść i wyjść w obszarze CIO dla jednostek CPU i modułów rozszerzeń dla sterowników PLC typu CP1L. Maksymalna liczba dołączanych modułów do obu typów sterowników PLC ograniczona jest do 7.

Konfiguracja wejść i wyjść w obszarze pamięci dla modułowych sterowników PLC i modułów rozszerzeń

Na rysunku 6. przedstawiono sposób określania adresów wejść i wyjść złożonego systemu modułowego sterowników PLC stanowiących system. System ten jest utworzony za pomocą modułu sterującego we/wy i kolejnych modułów interfejsu połączonych za pomocą specjalnego kabla przyłączeniowego we/wy. Szczegóły konfiguracji (tworzenia) systemu przedstawione są dla sterowników CJ na rysunku 7. [1], natomiast dla sterowników CS na rysunku 8.

Zaletą konfiguracji rozbudowanych systemów modułowych jest obecność tylko jednej jednostki CPU. Poszczególne grupy rozszerzeń tworzy się nie za pomocą jednostki CPU i modułów rozszerzeń, ale za pomocą modułu interfejsu, do którego dołącza się poszczególne moduły zakończone pokrywą krańcową. Maksymalna długość wszystkich kabli przyłączeniowych tworzących poszczególne grupy rozszerzeń dla sterowników CJ1 i CJ2H według producenta (rys. 7.) nie powinna przekraczać 12 m [1] natomiast dla sterowników CS1 do 12 m, ale dla jednego systemu rozszerzenia (możliwe jest zbudowanie od 2 do 7 systemów w zależności od wersji jednostki CPU – tabela 2.), przy czym maksymalna długość wszystkich kabli przyłączeniowych dalekiego zasięgu tworzących poszczególne grupy rozszerzeń nie może przekraczać 50 m – (rys. 8.) [1, 8, 10].

Na rysunku 8. przedstawione są szczegóły tworzenia systemu z przykładowymi grupami rozszerzeń wejść i wyjść z wykorzystaniem kabli przyłączeniowych krótkiego i dalekiego zasięgu dla sterowników CS [10]. W przypadku sterowników CS każda grupa modułów montowana jest na płytach montażowych rozszerzeń (Racks). Należy pamiętać, że:

• w przypadku sterowników modułowych, jeśli dołączany moduł cyfrowy posiada np. 16 wejść lub wyjść cyfrowych, to zajmuje całe słowo w pamięci CIO, a nie jak w przypadku sterowników kompaktowych tylko pierwszych 12 bitów pierwszego wolnego słowa obszaru pamięci CIO lub IR i pozostałe 4 bity z następnego słowa,
• w grupach dalekiego zasięgu nie można stosować modułów C200H-...,
• każda końcowa grupa rozszerzeń w module komunikacyjnym powinna posiadać rezystancję zakończeniową,
• moduły rozszerzeń C200H-... nie mogą być używane z jednostkami CPU z rodziny CS 1D.

Ustawienia systemowe dla dodatkowych modułów cyfrowych

Ustawienia systemowe dla dołączanych cyfrowych modułów rozszerzeń dokonuje się tylko dla modułowych sterowników PLC z wykorzystaniem zakładki IO Table and Unit Settings w programie Cx-Programmer poprzez ręczne dodawanie poszczególnych modułów lub samoczynne (automatyczne) najszybsze z wykorzystaniem funkcji Create.

Na rysunku 9. przedstawiono widok okna tworzonego nowego projektu z wykorzystaniem zakładki IO Table and Unit Settings dla ustawień systemowych dołączanych modułów wejść i wyjść cyfrowych dla sterowników modułowych (rys. 9a) i bez ustawień systemowych dla sterowników kompaktowych (rys. 9b), gdzie brak możliwości wykorzystania zakładki IO Table and Unit Settings).

Natomiast na rysunku 9c przedstawiono przykładową konfigurację grupy rozszerzeń rodziny sterowników modułowych z CJ1M – CPU21, zawierającą oprócz modułu zasilacza cztery moduły rozszerzeń dołączone w następującej kolejności:

• CJ1W-OD212 – 16 wyjść cyfrowych 24 V,
• CJ1W-ID211 – 16 wejść cyfrowych 24 V,
• dwa przetworniki A/C i C/A typu CJ1W-MAD42, które posiadają: 4 wejścia – rozdzielczość 4000b, 2 wyjścia – rozdzielczość l/4000b), pracują w zakresach od 1 V do 5 V, od 0 do 5 V, od 0 do 10 V, od 10 do 10 V, od 4 mA do 20 mA.

Tworzenie tablicy I/O dołączanych modułów poprzez ręczny wybór

Z przedstawionych na rysunku 9. okien budowanego nowego projektu wynika, że tworzenie I/O Table and Unit Setup jest realizowane tylko dla sterowników modułowych. Sterowniki kompaktowe nie wymagają tworzenia tablicy I/O, należy przestrzegać tylko adresów, jakie wynikają z kolejności zajmowanych wejść i wyjść w obszarze CIO lub IR (rys. 4. i rys. 5.). Konfiguracja modułów cyfrowych poprzez zakładkę IO Table and Unit Setup możliwa jest, kiedy sterownik PLC jest w trybie Program.

Aby przygotować moduły cyfrowe do pracy z modułowymi sterownikami PLC, należy po uruchomieniu Cx – Programmer i wybraniu typu jednostki CPU, np. CJ1M – CPU21, otworzyć (np. poprzez wciśnięcie prawym klawiszem myszki) IO Table and Unit Setings. Na rysunkach 10 - 12 przedstawiono poszczególne etapy konfigurowania modułu wyjść cyfrowych CJ1W-OD212. Na rysunku 10a przedstawiono pierwszy etap konfigurowania – wstawianie odpowiedniego modułu do PLC IO Table (do tabeli konfiguracji modułów wej/wyj). Przedstawiony widok uzyskano poprzez podświetlenie zakładki IO Table and Unit Setup i wybranie Open (lub podwójne kliknięcie na ww. zakładce). Po otwarciu okna PLC IO Table i rozwinięciu zakładki Main Rack wybiera się pierwszy pusty slot (Empty slot), w którym należy wstawić odpowiedni moduł (Add Unit). W naszym przypadku będzie to CJ1W-OD212. Następnie w pierwsze miejsce obok jednostki CPU21 należy otworzyć (np. poprzez wciśnięcie prawego klawisza myszki) Empty Slot i wybrać Add Unit. Poszukiwany moduł CJ1W-OD212 znajduje się w grupie Basic I/O. Na rysunku 10b przedstawiono rozwiniętą grupę Basic I/O i wybraną jednostkę CJ1WOD212 (rys. 10c).

Podobnie postępuje się z kolejnymi modułami, co zobrazowano na rysunku 11. na przykładzie modułu A/C i C/A CJ1W-MAD42. Aby manualnie dodać moduły komunikacyjne, należy powtarzać wymienione czynności, przy czym każdemu modułowi komunikacyjnemu należy nadać kolejny numer (taki, jaki ustawiony został ręcznie na danym module) różny od pozostałych z zakresu od 0 do 95. Liczba dołączanych modułów zależy od ilości zajmowanej pamięci. Najwięcej pamięci zajmują moduły komunikacyjne sieci Ethernet, ProfiBus, DeviceNet itp.

Po zakończonym wstawianiu modułów do tablicy 10 należy sprawdzić jej poprawność tworzenia i zgodność wybranych modułów. W tym celu należy wyszukać i wcisnąć ikonę Check lub rozwinąć zakładkę Options i odszukać Check. Rozwiniętą zakładkę Options przedstawiono na rysunku 12. Po poprawnej weryfikacji należy dokonane ustawienia „załadować” do sterownika. W tym celu należy wyszukać i wcisnąć ikonę Transfer IO Table to PLC lub poprzez zakładkę Options. Zarówno wgranie tablicy IO do sterownika PLC, jak i odczytanie tablicy 10 ze sterownika PLC jest możliwe w trybie, kiedy sterownik PLC nie jest w trybie RUN i Monitor.

Innym rozwiązaniem, mniej pracochłonnym, jest samoczynne wczytanie tablicy 10 dla poszczególnych dowolnie dołączonych modułów. W tym celu należy wykonać następujące czynności otwierając okna w kolejności IO Table and Unit Setings- Opitins-Create, co przedstawia rysunek 12.

Moduły cyfrowych wejść/wyjść na etapie konfiguracji nie wymagają żadnych dodatkowych ustawień (edycji) parametrów w przeciwieństwie do np. modułów wejść/wyjść analogowych. Konfiguracja modułów wejść/wyjść analogowych była przedmiotem innego artykułu opublikowanego w „elektro.info”.

Na rysunku 8. przedstawiono widok grupy CPU serii CJ1M z zasilaczem i czterema dodatkowymi modułami, wśród których pierwsze dwa są modułami cyfrowymi wyjść i wejść. Jak już wspomniano, moduły cyfrowe w modułowych sterownikach PLC w odróżnieniu od modułów dołączonych do sterowników kompaktowych (rys. 4. i rys. 5.) mogą wykorzystać pełne 16 bitów słowa danego adresu w obszarze CIO. Na rysunku 13. przedstawiono przykładowy program umożliwiający ręczne sterowanie kierunkiem prędkości obrotowej silnika indukcyjnego z wykorzystaniem dwóch modułów rozszerzeń dołączonych w kolejności odwrotnej niż na rysunku 3b, tj. pierwszy moduł od jednostki CPU 16 wyjść cyfrowych 24 V typu CJ1WOD212 (wykorzystano bity CIO0.00 i CIO0.01 do sterowania dwoma cewkami przekaźnika KI i K2) oraz 16 wejść cyfrowych 24 V typu CJ1WID211 (wykorzystano bity CIOl.00, CIOl.01 i CIOl.02 i do sterowania kierunkiem prędkości obrotowej silnika odpowiednio w Lewo, w Prawo i Stop, umożliwiając na każdym etapie zatrzymanie silnika).

Z podanych przykładów na rysunku 3b i rysunku 13. widać, że o przydziale adresu dla wejść lub wyjść w przypadku sterowników modułowych decyduje kolejność przyłączenia tych modułów, licząc od jednostki CPU, jak to zostało pokazane na rysunku 7. i rysunku 8.

Podsumowanie

W artykule podano najważniejsze zagadnienia dotyczące sposobu określania adresu danego wejścia lub wyjścia cyfrowego w przestrzeni adresowej dla sterowników CP, CJ i CS: CIO (przestrzeń adresowa CIO dotyczy sterowników CP1L/H, CJ i CS) oraz IR (dotyczy sterowników CPM1A i CPM2A/C). Na przykładowych konfiguracjach podano sposób określania adresów wejść i wyjść w zależności od budowy wewnętrznej sterownika PLC, tj. modułowej (dotyczy sterowników CPM2C, CJ i CS) lub kompaktowej (dotyczy CP1L/H, CPM1A i CPM2A).

Dla sterowników modułowych podano przykładowe sposoby dołączania modułów rozszerzeń poprzez zakładkę IO Table and Unit Setup w programie CX-Programmer. Podane w artykule informacje i przykłady konfiguracji modułów cyfrowych, które stanowią podstawę pracy zarówno prostych, jak i bardziej rozbudowanych systemów, mają na celu usystematyzowanie lub przybliżenie wiadomości użytkownikom zajmującym się programowaniem bądź diagnostyką sterowników PLC. W dotychczasowych artykułach omówiono już własności następujących modułów cyfrowych podstawowych i mieszanych (wejść i wyjść), specjalnych wejść, w których sygnałem wejściowym jest napięcie przemienne (AC).

Literatura

1. SYSMAC CJ1. Modułowy sterownik o małych wymiarach i wielkich możliwościach. Omron, 2004.
2. D. E. Comer: Sieci komputerowe i intersieci. WNT. W–wa 2003.
3. CP1L_Datasheet (P20E–EN–01). Omron, 2007.
4. CP1L CPU Unit. Operational manual. Omron, 2007.
5. Moduł jednostki centralnej CP1L. Podręcznik wprowadzający. Omron, 2007.
6. Sysmac CP Series. CP1H/CP1L CPU Unit. Programming Manual. Omron 2007.
7. http://www.lesron.com.pl/data/katalog/CS1_P047.pdf.
8. http://www.automatech.pl (Programowalne sterowniki logiczne PLC.pdf).
9. Programmable Controllers. Sysmac CJ2. Omron, 2008.
10. Sterowniki programowalne serii Sysmac CS. Omron 2004.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!